培养基与培养工艺讲稿.ppt

关于培养基与培养工艺第一页，讲稿共一百八十页哦第一节第一节发酵生产用原料及培养基发酵生产用原料及培养基微生物发酵的本质本质，可以理解为物质形式的转化过程，就是利用微生物生长所需的营养物转化成特定的产物在这个过程中，有两个问题是工业化需要解决的：（1）产物的社会效益，（2）物质转变过程中产生的经济效益，即：低价值的原材料、低能耗等第二页，讲稿共一百八十页哦传统传统：凡是含有可发酵性糖或可转化为发：凡是含有可发酵性糖或可转化为发酵性糖的物料。酵性糖的物料。现在现在：用来转化人们所需产物的主要物料。：用来转化人们所需产物的主要物料。一、原料的定义一、原料的定义第三页，讲稿共一百八十页哦二、选择原料的依据1.满足生产工艺的要求满足生产工艺的要求工艺条件的工艺条件的核心：微生物核心：微生物不同不同微生物微生物可利用的原料不同可利用的原料不同。对微生物的生长繁殖和代谢无抑制作用的物质对微生物的生长繁殖和代谢无抑制作用的物质微生物的代谢产物无有害物质微生物的代谢产物无有害物质第四页，讲稿共一百八十页哦2.满足生产管理和经济上的要求满足生产管理和经济上的要求原料资源要丰富，因地制宜，就地取材，原料资源要丰富，因地制宜，就地取材，原料内碳水化合物含量较多，原料内碳水化合物含量较多，蛋白质含量要适当，蛋白质含量要适当，适合微生物的需要和吸收利用。适合微生物的需要和吸收利用。便于收集、运输、贮藏便于收集、运输、贮藏考虑产品成本，原料价格，加工过程经常性消耗考虑产品成本，原料价格，加工过程经常性消耗等，并尽可能采用非粮食原料。等，并尽可能采用非粮食原料。产品的用途不同，选择的原料就不同产品的用途不同，选择的原料就不同3.环境保护的要求环境保护的要求第五页，讲稿共一百八十页哦三、原料的种类三、原料的种类常用的或具有潜在能力的原料常用的或具有潜在能力的原料（不包括特殊产品（不包括特殊产品的前体）：的前体）：1.淀粉质原料（粮食原料）淀粉质原料（粮食原料）（1）薯类：甘薯、马铃薯、木薯、山药等。）薯类：甘薯、马铃薯、木薯、山药等。（2）谷类：）谷类：高粱、玉米、大米、谷子、大麦、高粱、玉米、大米、谷子、大麦、小麦、燕麦、黍和稷等。小麦、燕麦、黍和稷等。第六页，讲稿共一百八十页哦2.糖质原料：葡萄糖，麦芽糖等糖质原料：葡萄糖，麦芽糖等废糖蜜：甜菜、甘蔗废糖蜜：甜菜、甘蔗淀粉水解糖淀粉水解糖3.纤维质原料：纤维质原料：n世界上含量最大的一类资源。世界上含量最大的一类资源。n包括：森林，木材工业下脚料，农作物秸杆，包括：森林，木材工业下脚料，农作物秸杆，城市纤维垃圾，工业下脚料等。城市纤维垃圾，工业下脚料等。第七页，讲稿共一百八十页哦4.石油化工产品石油化工产品乙酸，甲醇，乙醇等乙酸，甲醇，乙醇等5.其他其他亚硫酸纸浆废液，亚硫酸纸浆废液，野生植物野生植物橡子仁、葛根、土茯苓、蕨根、橡子仁、葛根、土茯苓、蕨根、石蒜、金刚头、香符子等。石蒜、金刚头、香符子等。乳清乳清第八页，讲稿共一百八十页哦发酵原料的预处理原料不同处理方法也有所差异。1.淀粉利用前需变成糊精或葡萄糖方法：酸水解（高压、耐酸）、酶水解法2.糖蜜加热杀菌和用水冲稀，也可加酸处理后再补充无机盐3.碳氢化合物：石油脱蜡一定馏分的石油经冷却脱蜡而获得的凝固点在-10的油，加入适量无机盐进行接种发酵第九页，讲稿共一百八十页哦发酵工业节约粮食的途径1.抓发酵的稳定性和高产量，控制染菌，提高发抓发酵的稳定性和高产量，控制染菌，提高发酵单位和提取效率，使酵单位和提取效率，使单耗降低单耗降低。2.利用利用代用品代用品，如废糖蜜，葡萄糖废母液，工业，如废糖蜜，葡萄糖废母液，工业用葡萄糖等。用葡萄糖等。3.转换，转换，开拓开拓新资源新资源和微生物资源。和微生物资源。4.废物废物利用利用与污染的与污染的治理治理相结合。相结合。第十页，讲稿共一百八十页哦四、培养基四、培养基(medium)n定义定义：应科研或生产的需要，由人工配制的、适合于不同微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养基质（混合养料）。n特点特点：任何培养基都应具备微生物所需要的五大营养要素，且应比例适当。一旦配成必须立即灭菌。n用途用途：促使微生物生长；积累代谢产物；分离微生物菌种；鉴定微生物种类；微生物细胞计数；菌种保藏；制备微生物制品第十一页，讲稿共一百八十页哦（一）培养基的配制原则（一）培养基的配制原则1.培养基组分应适合微生物的培养基组分应适合微生物的营养特点营养特点（目的目的明确明确）2.营养物的营养物的浓度浓度与与比例比例应恰当应恰当（营养协调营养协调）3.物物理化理化学条件适宜学条件适宜（条件适宜条件适宜）4.根据培养目的选择根据培养目的选择原料原料及其及其来源来源（经济节约经济节约）第十二页，讲稿共一百八十页哦（二）培养基组分应适合微生物的（二）培养基组分应适合微生物的营养特点营养特点根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基。n不同不同营养类型营养类型的微生物，其对营养物的需求差异的微生物，其对营养物的需求差异很大。如很大。如l自养型自养型微生物的培养基完全可以（或应该）由简单微生物的培养基完全可以（或应该）由简单的无机物质组成。的无机物质组成。l异养微生物异养微生物的培养基至少需要含有一种有机物质，的培养基至少需要含有一种有机物质，但有机物的种类需适应所培养菌的特点。但有机物的种类需适应所培养菌的特点。第十三页，讲稿共一百八十页哦n按微生物的主要按微生物的主要类群类群来说，它们所需要的培养来说，它们所需要的培养基成分也不同：基成分也不同：细菌：牛肉膏蛋白胨培养基、LB(Luria-Bertani)放线菌：高氏一号培养基真菌：查氏合成培养基、PDA(Potato-Dextrose-Agar)酵母菌；麦芽汁第十四页，讲稿共一百八十页哦（三）营养物的浓度与比例应恰当（三）营养物的浓度与比例应恰当浓度过高浓度过高微生物的生长起抑制作用，微生物的生长起抑制作用，浓度过小浓度过小不能满足微生物生长的需要。不能满足微生物生长的需要。碳氮比（碳氮比（C/N）直接影响微生物生长与繁殖及代谢物的直接影响微生物生长与繁殖及代谢物的形成与积累，故常作为考察培养基组成时的一个重要指形成与积累，故常作为考察培养基组成时的一个重要指标；标；例例：谷氨酸生产中?C/N4/1时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；C/N3/1时，菌体生长受抑制，而谷氨酸大量增加。速效性氮（或碳）源与迟效性氮（或碳）源的比例速效性氮（或碳）源与迟效性氮（或碳）源的比例各种金属离子间的比例各种金属离子间的比例碳源中的碳原子的碳源中的碳原子的mol数数氮源中所含的氮原子的氮源中所含的氮原子的mol数数C/N比值比值=用于大量生产代谢产物的培养基其氮源一般应比种子培养基稍低，（但若发酵产物是含氮化合物时，有时还应提高培养基的氮源含量）第十五页，讲稿共一百八十页哦（四）物理化学条件适宜（四）物理化学条件适宜1.pH:各类微生物的最适生长pH值各不相同：细菌：7.08.0放线菌：7.58.5酵母菌：3.86.0 霉菌：4.05.8微生物生长和代谢过程中，由于营养物质的利用和代谢产物的形成与积累，培养基的pH值会发生改变，为维持pH值的相对恒定，通常采用下列两种方式：n内源调节：在培养基里加缓冲剂或不溶性的碳酸盐；调节培养基的碳氮比。n外源调节：按实际需要不断向发酵液流加酸或碱液。第十六页，讲稿共一百八十页哦磷酸缓冲液：磷酸缓冲液：pH值从值从6.07.6之间之间加入加入CaCO3：培养基中所含氨基酸、肽、蛋白质等物质也可起培养基中所含氨基酸、肽、蛋白质等物质也可起到缓冲作用。到缓冲作用。K2HPO4+HClKH2PO4+KClKH2PO4+KOHK2HPO4+H2OCO32HCO3H2CO3CO2+H2O+H+H+H+H第十七页，讲稿共一百八十页哦2渗透压和渗透压和awn渗透压等渗溶液适宜微生物生长高渗溶液细胞发生质壁分离 低渗溶液细胞吸水膨胀，直至破裂大多数微生物适合在等渗的环境下生长。而有的菌如金黄色葡萄球菌则能在3mol/LNaCl的高渗溶液中生长。能在高盐环境（2.86.2mol/LNaCl）生长的微生物常被称为嗜盐微生物（Halophiles）。第十八页，讲稿共一百八十页哦第十九页，讲稿共一百八十页哦3氧化还原电势氧化还原电势(redoxpotential)各种微生物对培养基的氧化还原电势的要求：n好氧微生物：+0.3+0.4V,(在0.1V以上的环境中均能生长).n厌氧微生物：只能在+0.1V以下生长n兼性厌氧微生物：+0.1V以上呼吸、+0.1V以下发酵培养基是多对氧化还原偶的复杂电化学系统，测出的Eh值仅代表其综合结果。对微生物影响最大的是：分子氧和分子氢的浓度常用还原剂：巯基乙酸、抗坏血酸、硫化氢、半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫苏糖醇等能降低Eh值。氧化还原氧化还原电位：又称氧化还原氧化还原电势（redoxpotential），是度量某氧化还原氧化还原系统中的还原剂释放电子或氧化剂接受电子趋势的一种指标，其单位是V（伏）或mV（毫伏）。第二十页，讲稿共一百八十页哦（五）根据（五）根据应用目的应用目的选择选择原料原料及其及其来源来源该培养基的应用目的，即：n是培养菌体还是积累代谢产物？n是实验室种子培养还是大规模发酵？n代谢产物是初级代谢产物还是次级代谢产物？第二十一页，讲稿共一百八十页哦用于培养种子的培养基营养应丰富，氮源含量宜高（碳氮比低）；用于生产代谢产物的培养基其氮源一般应比种子培养基稍低，（但若发酵产物是含氮化合物时，有时应提高培养基的氮源含量）；若代谢产物是次级代谢产物时要考虑是否加入特殊元素或特定代谢产物的前体物；大规模发酵时，应重视培养基中各成份的来源和价格，应选择来源广泛、价格低廉的原料，提倡以粗代精，以废代好。第二十二页，讲稿共一百八十页哦培养基的制备培养基的制备第二十三页，讲稿共一百八十页哦附：培养基的灭菌附：培养基的灭菌n灭菌的原因：n在发酵过程中如混入其他微生物，将与菌种形成竞争关系，对发酵过程造成不良影响。n举例：n谷氨酸发酵过程中混入放线菌，则放线菌分泌的抗生素会使大量的谷氨酸棒状杆菌死亡。n青霉素生产过程中污染了杂菌，这些杂菌则会分泌青霉素酶，将合成的青霉素分解。第二十四页，讲稿共一百八十页哦工业上具体措施包括：1）使用的培养基和设备须经灭菌；2）好氧培养中使用的空气应经除菌处理；3）设备应严密，发酵罐维持正压环境；4）培养过程中加入的物料应经过灭菌；5）使用无污染的纯粹种子。第二十五页，讲稿共一百八十页哦培养基培养基与与设备设备，管道管道的灭菌条件的灭菌条件1.杀菌锅内灭菌2.种子罐，发酵罐，计量罐，补料罐等的空罐灭菌(127133,30min)及管道和空气过滤器灭菌(138143,4060min)3.发酵罐，种子罐实罐灭菌4.发酵培养基连续灭菌5.消泡剂灭菌6.其他物料灭菌以上均为单独灭菌，有些结合原料处理，如蒸煮等也可达到灭菌的目的。第二十六页，讲稿共一百八十页哦n高压蒸气灭菌高压蒸气灭菌一般培养基一般培养基:1.05Kg/cm2,121.3,15-30min含糖培养基含糖培养基:0.56Kg/cm2,112.6,15-30min40%尿素尿素:0.2Kg/cm2,105,5min消泡剂消泡剂:1.049Kg/cm2,120,15min1.间歇灭菌，间歇灭菌，121，2030分钟分钟2.连续灭菌，连续灭菌，137，1530s，在维持罐中，在维持罐中保温保温820分钟。分钟。第二十七页，讲稿共一百八十页哦含葡萄糖培养基灭菌n含葡萄糖的培养基经高温灭菌，易产生有害色素，俗称焦糖色，主要是还原糖与氨类物质高温时的美拉德反应所致。n微生物的含糖培养基灭菌时，最好将培养基中葡萄糖在pH5.5时单独灭菌（115，15min）或与非氨类的无机盐共同灭菌，以减少色素的产生。例第二十八页，讲稿共一百八十页哦三级氨水除菌过滤器n高温高压条件下合成的氨，本身不被杂菌污染。n氨水是氨经过配制而产生的一种氨和水的混合物，一般1820%。n氨水的配制、贮存、运输过程的所有环节都不是无菌操作，易遭受杂菌的侵入。n氨水不经无菌处理就补入发酵液时，氨水的浓度被大大稀释，其中暂时被抑制的芽孢就会迅速复苏繁殖，导致染菌，严重影响发酵单位发酵单位发酵单位发酵单位及发酵液滤速发酵液滤速发酵液滤速发酵液滤速，对提取收率和产品质量危害较大。例第二十九页，讲稿共一百八十页哦说明:n一级过滤：1#、2#均为砂芯滤器，主要是除去氨水中的颗粒性物质。n二级过滤：3#为1微米的膜过滤器n三级过滤：4#为0.45微米的膜过滤器。n使用前用蒸汽进行消毒灭菌处理。第三十页，讲稿共一百八十页哦实消实消分批灭菌分批灭菌n实消是将配制好的培养基用泵打入发酵罐，通入饱和蒸汽加热，达到灭菌温度(121)后，保温灭菌约0.5h，灭菌完毕通入无菌空气维持罐压，然后冷却到发酵所需温度，保压待种。第三十一页，讲稿共一百八十页哦n分为三个阶段：1.升温(培养基从室温升至灭菌温度)2.保温灭菌3.冷却(从灭菌温度冷却至发酵温度)n培养基经灭菌后应尽快冷却至接种温度，时间越长，培养基破坏程度越高。实消实消过程第三十二页，讲稿共一百八十页哦工艺操作要点：n定期检查冷却管道，夹套有无渗漏。n灭菌前，用蒸汽把发酵罐的分空气过滤器灭菌，并且用空气吹干。n开始灭菌，放出夹套和蛇管中的冷水，开启排气管阀，通过空气管向罐内的培养基通入蒸汽进行加热，同时，也可在夹套内通蒸汽进行间接加热。升温时，打开所有排气阀门，排掉空气？n培养基温度升到70左右，从取样管和放料管向罐内通入蒸汽，培养基温度温度达120120，罐压罐压达1101105 5Pa(Pa(表压表压)时，发酵罐封头上发酵罐封头上的接种、补料、消沫剂、酸、碱管道应排汽，n并调节好各进汽和排汽阀门，使罐压罐压罐压罐压和温度温度温度温度保持在这一水平进行保温3045min。三路进汽三路进汽第三十三页，讲稿共一百八十页哦n培养基升温时开动搅拌系统，以使培养基内部传热均匀；为保护轴承，温度升到100时，沸腾的培养基可以起到搅拌作用，此时停止搅拌。n注意辅助设备的灭菌：空气过滤器、计量罐、流加管道与流加液贮罐，空气流量计等。n在保温阶段，凡进口在培养基液面下的各管道以及冲视镜管都应通入蒸汽，在液面上的其余各管道则应排放蒸汽，目的是对管道进行灭菌。这样才能保证灭菌彻底，不留死角。非进即出非进即出第三十四页，讲稿共一百八十页哦n保温结束后，依次关闭各排气、进汽阀门，待罐内压力略高于大气压力时，向罐内通入无菌空气（在引入无菌空气前，罐内压力必须低于过滤器压力；否则，培养基将倒流入过滤器内）。在夹套和蛇管中通入冷却水，使培养基温度降到所需温度。引入无菌空气?，保证罐内压力后方可冷却，目的是防止培养基的冷却使罐内形成负压，易染菌，甚至设备损坏。n灭菌时，总蒸汽压力要求不低于35个大气压，使用压力不低于2个大气压。另外，还要避免死角。n配制培养基时，充分考虑培养基灭菌时的稀释稀释稀释稀释（体积的增加），通常体积可增加20%左右，灭菌时间越长，体积增加越多。第三十五页，讲稿共一百八十页哦事故n2002年9月5日衡阳市某啤酒厂酿造车间一台容积100m3的不锈钢发酵糖在清洗过程中发生收缩变形而吸瘪，造成直接经济损失22万元的重大设备事故。第三十六页，讲稿共一百八十页哦50m3发酵罐失稳事故事故分析n1.事故情况n1998年安阳市某化工厂车间一台50m3发酵罐在空消后水冷却过程中突然失稳。无伤亡事故，直接经济损失20余万元。n2.事故原因分析1.勘察发现，进汽口和出汽阀门关闭；冷却水阀门敞开。这说明，失稳是在冷却过程中发生的。2.许用压力计算100以下罐体就会承受外压。外压值等于大气压与水的饱和蒸汽压之差。70以下水的饱和蒸汽压与罐内负压值见附表。实测筒体许用外压力0.0832MPa。由表看出，罐内温度降到60以下，罐体失稳随时都可能发生。第三十七页，讲稿共一百八十页哦附：器皿的灭菌及无菌室的消毒附：器皿的灭菌及无菌室的消毒器皿的灭菌器皿的灭菌：干热空气：干热空气：160，2 小时小时无菌室的消毒无菌室的消毒：紫外光紫外光 化学药物熏蒸（苯酚；高锰酸钾化学药物熏蒸（苯酚；高锰酸钾+甲醛）甲醛）第三十八页，讲稿共一百八十页哦第二节培养基的选择和确定一、培养基的营养成分二、培养基的用途三、发酵培养基的选择四、培养基成分的营养与作用五、培养基确定方法第三十九页，讲稿共一百八十页哦一、培养基的营养成分n微生物的营养活动，是依靠向外界分泌大量的酶，将周围环境中大分子的蛋白质、糖类、脂肪等营养物质分解成小分子化合物，再借助细胞膜的渗透作用，吸收小分子营养物来实现的。n所有发酵培养基都必须提供微生物生长繁殖和产物合成所需的能源，包括碳源、氮源、无机元碳源、氮源、无机元素、生长因子素、生长因子及及水水、氧气氧气等。第四十页，讲稿共一百八十页哦微生物的营养来源1能源n自养菌：光；氢，硫胺；亚硝酸盐，亚铁盐。n异养菌：碳水化合物等有机物、石油天然气和石油化工产品，如醋酸。第四十一页，讲稿共一百八十页哦2碳源（最主要的组成）碳源（最主要的组成）常用的碳源有常用的碳源有糖类，油脂，有机酸，低碳醇糖类，油脂，有机酸，低碳醇1）在特殊条件下，蛋白质水解产物）在特殊条件下，蛋白质水解产物氨基酸氨基酸也可作为也可作为碳源。碳源。2）菌种不同对不同碳源的利用速度和效率也不同菌种不同对不同碳源的利用速度和效率也不同。3）葡萄糖葡萄糖是碳源中最易利用的糖，可作为加速微生是碳源中最易利用的糖，可作为加速微生物生长的一种有效的糖物生长的一种有效的糖.第四十二页，讲稿共一百八十页哦4）糖蜜糖蜜可省去蒸煮，糖化可省去蒸煮，糖化5）淀粉淀粉质原料也是常用的碳源，一般要经过菌质原料也是常用的碳源，一般要经过菌体产生的胞外酶水解成单糖后再被吸收利用，可体产生的胞外酶水解成单糖后再被吸收利用，可以克服葡萄糖代谢过快带来的弊病。以克服葡萄糖代谢过快带来的弊病。6）油和脂肪，作为能源和碳源，利用脂肪时要油和脂肪，作为能源和碳源，利用脂肪时要供给比糖代谢更多的氧，还会使供给比糖代谢更多的氧，还会使pH下降。下降。7）有机酸，利用后，会使有机酸，利用后，会使pH上升。上升。8）正烷烃也用于发酵工业。）正烷烃也用于发酵工业。第四十三页，讲稿共一百八十页哦3氮源氮源n主要用于构成菌体的细胞物质（氨基酸，主要用于构成菌体的细胞物质（氨基酸，蛋白质，核酸等）和含氮代谢物。蛋白质，核酸等）和含氮代谢物。分为：有机氮分为：有机氮无机氮无机氮第四十四页，讲稿共一百八十页哦（1）有机氮源）有机氮源n植物来源：玉米桨、豆饼粉、大豆、花生饼粉、棉子饼粉、Pharmamedia和Proflo(均为棉子饼粉制品)n动物来源：蛋白胨，水解干酪素、屠宰场废弃物，鱼粉和酵母膏等n其他：尿素，酒糟，废菌体第四十五页，讲稿共一百八十页哦1）在分泌的蛋白酶作用下，分解为氨基酸而被）在分泌的蛋白酶作用下，分解为氨基酸而被吸收利用。吸收利用。2）原料含丰富的蛋白质、多肽和游离氨基酸，）原料含丰富的蛋白质、多肽和游离氨基酸，还有少量的糖、脂肪、无机盐、维生素及生长还有少量的糖、脂肪、无机盐、维生素及生长因子，因此微生物利用后生长旺盛。因子，因此微生物利用后生长旺盛。3）有些微生物对氨基酸有）有些微生物对氨基酸有特殊特殊需求，可用有机需求，可用有机氮来代替。氮来代替。4）氮源的来源对发酵影响很大，经常氮源的来源对发酵影响很大，经常需要摇瓶需要摇瓶小试小试。第四十六页，讲稿共一百八十页哦n尿素：尿素：常用的有机氮常用的有机氮流加时温度不宜过高，否则游离氨过流加时温度不宜过高，否则游离氨过多，使多，使pH升高，一般在培养基冷却后加入。升高，一般在培养基冷却后加入。n有些有机氮还可作为产物的前体。有些有机氮还可作为产物的前体。第四十七页，讲稿共一百八十页哦（2）无机氮源）无机氮源n无无机机氮氮常常用用氨氨气气（氨氨水水）、铵铵盐盐如如硫硫酸酸铵铵或或硝硝酸盐。酸盐。n与有机氮相比，无机氮更容易吸收利用与有机氮相比，无机氮更容易吸收利用n无机氮的利用会引起无机氮的利用会引起pH的变化。的变化。n在在铵铵离离子子被被利利用用后后，游游离离出出酸酸，而而使使培培养养液液呈酸性；呈酸性；n硝酸盐硝酸盐在被代谢后，则呈现碱性。在被代谢后，则呈现碱性。n硝硝酸酸铵铵首首先先由由于于铵铵被被利利用用而而呈呈现现出出酸酸性性，硝硝酸酸盐盐的的同同化化作作用用被被抑抑制制，待待铵铵耗耗尽尽后后，才才开开始始利用硝酸根作氮源，培养基呈现碱性。利用硝酸根作氮源，培养基呈现碱性。第四十八页，讲稿共一百八十页哦n正确使用生理酸碱性物质，对稳定和调节正确使用生理酸碱性物质，对稳定和调节发酵过程的发酵过程的pH有积极作用。有积极作用。n生理酸性物质生理酸性物质n经微生物代谢后形成酸性物质的无机氮源，如硫经微生物代谢后形成酸性物质的无机氮源，如硫酸铵。酸铵。n生理碱性物质生理碱性物质n经微生物代谢后形成碱性物质的无机氮源，如硝经微生物代谢后形成碱性物质的无机氮源，如硝酸钠。酸钠。如：制备液体曲，选用NaNO3曲霉生产糖化型淀粉酶，选用(NH4)2SO4第四十九页，讲稿共一百八十页哦第五十页，讲稿共一百八十页哦4碳氮比（碳氮比（C/N)碳元素总量与氮元素总量之比。碳元素总量与氮元素总量之比。nC/N影响菌体的生长和产物的代谢，还能调节影响菌体的生长和产物的代谢，还能调节pH。n例如例如：黄源胶（：黄源胶（XanthanGum）发酵：前期，较）发酵：前期，较低的低的C/N，目的是强化菌体的生长和增殖；黄源胶的，目的是强化菌体的生长和增殖；黄源胶的生物合成期，则需要较高的生物合成期，则需要较高的C/N。此时，培养基中氮。此时，培养基中氮源仍然很高，结果会导致，底物消耗了但产物的产率源仍然很高，结果会导致，底物消耗了但产物的产率却很低。却很低。n不同菌种，不同时期，不同培养方式，对不同菌种，不同时期，不同培养方式，对C/N的的要求不同。要求不同。n最适最适C/N还与最适还与最适pH有关。有关。第五十一页，讲稿共一百八十页哦5无机盐无机盐n无机盐提供多种金属元素和非金属元素。无机盐提供多种金属元素和非金属元素。nP,Mg,S,K,Na,Fe,Cl,Mn,Zn,Co等作为生理等作为生理活性物质的组成或生理活性作用的调节物，活性物质的组成或生理活性作用的调节物，n低低浓度时对微生物生长和产物合成有浓度时对微生物生长和产物合成有促进促进作用作用，n高高浓度时常表现出明显的浓度时常表现出明显的抑制抑制作用作用。第五十二页，讲稿共一百八十页哦第五十三页，讲稿共一百八十页哦磷（磷（P）n培养基中特别重要的元素，是构成核酸，磷脂培养基中特别重要的元素，是构成核酸，磷脂的成分，并参与的成分，并参与ATP，GTP的能量转移反应。的能量转移反应。n一般需添加磷酸盐，如一般需添加磷酸盐，如KH2PO4，K2HPO4，NaH2PO4，(NH4)2HPO4第五十四页，讲稿共一百八十页哦硫：硫：n含硫氨基酸（胱氨酸，半胱氨酸，蛋氨酸）含硫氨基酸（胱氨酸，半胱氨酸，蛋氨酸）等的组成部分，辅酶的活性基。等的组成部分，辅酶的活性基。n一般添加一般添加Na2SO4，MgSO4第五十五页，讲稿共一百八十页哦K、Na、Can虽不参与细胞的组成，却是培养基中的重要成分。虽不参与细胞的组成，却是培养基中的重要成分。nNa与维持细胞的渗透压有关，促使某些酶的产量。与维持细胞的渗透压有关，促使某些酶的产量。nK与渗透压有关，并且是许多酶的激活剂，还可促进糖代谢。与渗透压有关，并且是许多酶的激活剂，还可促进糖代谢。nCa2+以离子状态控制细胞透性和调节酸度。以离子状态控制细胞透性和调节酸度。CaCO3的作用：的作用：nCa2+对淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等多种酶活性起到十分重对淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等多种酶活性起到十分重要的稳定和活化作用。要的稳定和活化作用。n常用常用CaCO3，CaCl2提供钙，一般不与提供钙，一般不与K2HPO4一起使用。一起使用。nCaCO3需单独灭菌，在培养基调到中性后加入。需单独灭菌，在培养基调到中性后加入。第五十六页，讲稿共一百八十页哦Mgn某些细胞的叶绿素成分，是许多重要酶的激某些细胞的叶绿素成分，是许多重要酶的激活剂，常用活剂，常用MgSO4，注意在碱性溶液中会生注意在碱性溶液中会生成沉淀。成沉淀。Fen细胞色素、细胞色素氧化酶、过氧化氢酶的细胞色素、细胞色素氧化酶、过氧化氢酶的成分，对代谢产物的合成有较大影响。成分，对代谢产物的合成有较大影响。第五十七页，讲稿共一百八十页哦Cln氯离子不具营养作用，对一些含氯代谢物氯离子不具营养作用，对一些含氯代谢物的发酵，还需加入的发酵，还需加入0.1%KCl补充。补充。其他一些微量元素其他一些微量元素nMn、Zn、Co等，一般不需再加入。等，一般不需再加入。第五十八页，讲稿共一百八十页哦第五十九页，讲稿共一百八十页哦6生长因子生长因子n凡是微生物生长不可缺少的微量有机物质都称为生长因子。n包括：维生素，生物素，嘌呤碱，嘧啶碱，氨基酸等。n维生素，主要是B族维生素的硫胺素，核黄素，泛酸，吡哆素，烟酰胺，叶酸，环己六醇，生物素，多为辅基，辅酶。n发酵工业广泛使用的天然原料，如玉米浆，麦芽汁，豆芽汁，酵母膏等，既是N源，又可提供生长因子。第六十页，讲稿共一百八十页哦7前体、促进剂和抑制剂前体、促进剂和抑制剂n发酵培养基中某些成分的加入不促进微生物发酵培养基中某些成分的加入不促进微生物的生长，只是有助于调节产物的形成，这些的生长，只是有助于调节产物的形成，这些添加的物质包括添加的物质包括前体、抑制剂前体、抑制剂和和促进剂促进剂。第六十一页，讲稿共一百八十页哦前体物质前体物质n指某些化合物加入到发酵培养基中，能被微生物指某些化合物加入到发酵培养基中，能被微生物在生物合成过程中结合到产物分子中去，其自身在生物合成过程中结合到产物分子中去，其自身结构并无多大变化，但产量却因前体的加入有较结构并无多大变化，但产量却因前体的加入有较大提高。大提高。n前体加入量可以通过计算确定。前体加入量可以通过计算确定。n发酵中添加前体物质将有利于产物的合成和显著发酵中添加前体物质将有利于产物的合成和显著提高产量，如提高产量，如苯乙酸苯乙酸及其衍生物被认为是及其衍生物被认为是青霉素青霉素的前体物质。的前体物质。第六十二页，讲稿共一百八十页哦第六十三页，讲稿共一百八十页哦抑制剂抑制剂n加入后会抑制某些代谢途径的进行，使另一途加入后会抑制某些代谢途径的进行，使另一途径活跃，从而获得人们所需要的某种代谢产物，径活跃，从而获得人们所需要的某种代谢产物，或使正常代谢的某一代谢中间物积累。或使正常代谢的某一代谢中间物积累。第六十四页，讲稿共一百八十页哦阻遏物或抑制剂的影响n培养基中存在反馈阻遏物或分解阻遏物均能影响酶的合成，降低发酵产量。n有些酶的抑制剂却能提高某些代谢产物的产量，n最早利用抑制剂提高中间代谢物产量的例子是甘油发酵中加入亚硫酸钠。n抗生素工业应用最多。n在培养基配制时必须注意加入有益的抑制剂，而避免混入有害的抑制物。第六十五页，讲稿共一百八十页哦第六十六页，讲稿共一百八十页哦促进剂促进剂n指那些既不是营养物，又不是前体，但指那些既不是营养物，又不是前体，但能提高产量的添加剂，如酶生产中的能提高产量的添加剂，如酶生产中的诱诱导物导物或或表面活性剂表面活性剂等。等。n发酵过程中发酵过程中促进剂促进剂的用的用量量极极微微，而且，而且专一专一性性较较强强，往往不可相互套用。，往往不可相互套用。第六十七页，讲稿共一百八十页哦诱导物：n工工业业用用微微生生物物酶酶多多数数为为诱诱导导酶酶，如如蛋蛋白白酶酶、淀淀粉酶、纤维素酶等。粉酶、纤维素酶等。n诱导物的存在能大大强化诱导酶的生物合成。诱导物的存在能大大强化诱导酶的生物合成。n但不能从根本上改变细胞原有的蛋白质模板，但不能从根本上改变细胞原有的蛋白质模板，诱导物包括酶的底物，底物类似物，及被转化诱导物包括酶的底物，底物类似物，及被转化为诱导物的前体物质。为诱导物的前体物质。n淀粉、糊精或麦芽糖是淀粉酶或糖化酶的诱导物。淀粉、糊精或麦芽糖是淀粉酶或糖化酶的诱导物。第六十八页，讲稿共一百八十页哦表面活性剂(洗涤剂，吐温等)可以增加酶的产量，一般认为是因为：可以增加酶的产量，一般认为是因为：1、改变了细胞膜的通透性、改变了细胞膜的通透性2、增强了氧的传递速度，改善了菌体对氧、增强了氧的传递速度，改善了菌体对氧的有效利用。的有效利用。第六十九页，讲稿共一百八十页哦促进剂的作用（举例）促进剂的作用（举例）1、可能起生长因素的作用，如某些植物刺激、可能起生长因素的作用，如某些植物刺激剂可剂可促进促进某些放线菌的某些放线菌的生长生长。2、链霉素发酵时，加入巴比妥药物，可、链霉素发酵时，加入巴比妥药物，可提高提高菌丝菌丝抗自溶能力抗自溶能力，推迟菌体自溶。，推迟菌体自溶。3、抑制抑制某些合成某些合成其他其他产物的产物的途径途径，如四环素，如四环素发酵中加入发酵中加入NaBr抑制金霉素的生成。抑制金霉素的生成。第七十页，讲稿共一百八十页哦4、有的、有的降低降低了产生菌的了产生菌的呼吸呼吸，使之有利于，使之有利于抗生素的合成。如四环素发酵中加入硫氰抗生素的合成。如四环素发酵中加入硫氰化苄。化苄。5、有的可改变发酵液的物理性质，、有的可改变发酵液的物理性质，改善通改善通气效果气效果。6、有的与、有的与抗生素形抗生素形成成复盐复盐，从而，从而降低降低发酵发酵液中抗生素的液中抗生素的浓度浓度，促进抗生素的合成。，促进抗生素的合成。第七十一页，讲稿共一百八十页哦第七十二页，讲稿共一百八十页哦二、培养基的用途（一）、培养基的分类（一）、培养基的分类（二）、发酵生产中的培养基类型（二）、发酵生产中的培养基类型第七十三页，讲稿共一百八十页哦（一）、培养基的分类按培养基组成物质的化学成分合成培养基、天然培养基。按物理性质固体，液体按用途选择性培养基、鉴别培养基、富集培养基等第七十四页，讲稿共一百八十页哦（1）天然培养基n用化学成分还不清楚或化学成分还不恒定的各种植物和动物组织或微生物的浸出物、水解液等物质(例如牛肉膏、酵母膏、麦芽汁、蛋白胨等)制成。n适合于各类异养微生物生长，而一般自养微生物都不能生长。第七十五页，讲稿共一百八十页哦（2）合成培养基n用化学成分和数量完全了解的物质配制而成的。成分精确，重复性强，可以减少不能控制的因素。n适用于在实验室范围作有关营养、代谢、分类鉴定、生物测定及选育菌种、遗传分析等定量研究工作。n但一般微生物在合成培养基上生长较慢，有些微生物营养要求复杂，在合成培养基上不能生长。第七十六页，讲稿共一百八十页哦（3）半合成培养基n多数培养基配制是采用一部分天然有机物作碳源、氮源和生长因子的来源，再适当加入一些化学药品以补充无机盐成分，使其更能充分满足微生物对营养的需要。n大多数微生物都能在此培养基上生长繁殖。因此，在微生物工业生产上和试验研究中被广泛使用。第七十七页，讲稿共一百八十页哦液体培养基：常用于大规模的工业生产及生理代谢等基本理论研究工作。n用作培养种子和发酵的培养基；n根据对氧的要求，分别作静止或通风搅拌培养；n菌种筛选和培养中，用液体培养基进行摇瓶培养；n有时也用作鉴定菌种的参考。第七十八页，讲稿共一百八十页哦固体培养基n分类：斜面试管、平板等n是在液体培养基中加入凝固剂配成的，最常用的凝固剂是琼脂。第七十九页，讲稿共一百八十页哦n作用作用：n固体培养基在菌种的分离、保藏、菌落特征的观察、活菌计数和鉴定菌种方面是不可缺少的。n在制曲、酶制剂、柠檬酸等生产中，用来培养霉菌等的固体种子和发酵培养基是由由麸麸皮皮等等农农作作物物加加无无机机元元素等素等制成的。第八十页，讲稿共一百八十页哦n增殖培养基：配制成适合某种微生物生长而不适合其他微生物生长，从而达到从自然界分离这种微生物的目的。n鉴别培养基：是根据微生物能否利用培养基中某种营养成分，借助指示剂的显色反应，以鉴别不同种类的微生物。n选择培养基：是在培养基内加入某种化学物质以抑制不需要菌的生长，而促进某种需要菌的生长。n加富培养基：在普通培养基中加入某些特殊的营养物（如血、血清，动、植物组织液或其他营养物质（或生长因子）的一类营养丰富的培养基。用来培养营养要求苛刻的微生物，或用以富集（数量上占优势）和分离其中微生物.第八十一页，讲稿共一百八十页哦（二）、发酵生产中的培养基类型工业上依据生产流程和作用分为：n斜面培养基n种子培养基n发酵培养基n摇瓶培养基第八十二页，讲稿共一百八十页哦1斜面培养基n作用：供微生物细胞生长繁殖，包括n细菌，酵母等的斜面培养基n霉菌、放线菌产孢子培养基或麸曲培养基等。n这类培养基主要作用是供给细胞生长繁殖所需的各类营养物质。第八十三页，讲稿共一百八十页哦特点：n富含有机氮源，少含或不含糖分。n有机氮有利于菌体的生长繁殖，能获得更多的细胞。n对于放线菌或霉菌的产孢子培养基，则氮源和碳源均不宜太丰富，否则容易长菌丝而较少形成孢子。n斜面培养基中宜加少量无机盐类，供给必要的生长因子和微量元素。第八十四页，讲稿共一百八十页哦孢子培养基孢子培养基n供制备孢子。要求此培养基能使孢子迅速发芽和生长，能形成大量的孢子，但不引起菌种变异。n一般孢子培养基中的基质浓度(特别是有机氮)要低些，否则影响孢子的形成。n无机盐浓度适量，否则影响孢子的数量和质量。第八十五页，讲稿共一百八十页哦2种子培养基种子培养基(包括摇瓶种子和小罐种子培养基包括摇瓶种子和小罐种子培养基)培养种子的目的：n扩大培养，增加细胞数量；n同时也必须培养出强壮、健康、活性高的细胞，使细胞迅速进行分裂或菌丝快速生长。第八十六页，讲稿共一百八十页哦n种子培养基种子培养基n供孢子发芽和菌体生长繁殖。要求营养成分易被菌体吸收利用，同时还要比较丰富和完整，其中氮源和维生素含量略高一些。n在设计种子培养基时还要考虑与发酵培养基组成的关系，使种子进入发酵罐后很快适应发酵环境。第八十七页，讲稿共一百八十页哦种子培养基特点：n有较完全和丰富的营养物质，特别需要充足的氮源和生长因子。n营养物质的浓度不必太高。n种子培养基，可添加一些易被吸收利用的碳碳源源和氮源氮源。n种子培养基成分还应考虑与发酵培养基的主要成分相近。第八十八页，讲稿共一百八十页哦3发酵培养基n发酵培养基是发酵生产中最主要的培养基，供菌体生长繁殖和合成大量代谢产物。它不仅耗用大量的原材料，而且也是决定发酵生产成功与否的重要因素。n要求此培养基的组成丰富完整，营养成分浓度适中，利于菌体生长及合成大量的代谢产物。n发酵培养基应考虑在发酵过程中的各种生化代谢的协调，使发酵液的pH等保持相对稳定。第八十九页，讲稿共一百八十页哦三、发酵培养基的选择三、发酵培养基的选择设计设计和注意事项1.必须提供合成微生物细胞、代谢活动和发酵产物的基本基本营养成分成分。n对菌体生长与产物相偶联的发酵类型，充分满足细胞生长繁殖的培养基就能获得最大的产物。n生产氨基酸等含氮化合物时，除充足的碳源物质外，还应该添加足够的铵盐或尿素等氮素化合物。n主成分与其他成分的配比。n合适的pH：微生物的生长繁殖或产物合成需要特定的pH环境。n合适的浓度：从发酵动力学有关生长、产物合成和基质利用物料平衡的关系中推算所需原料或主要原料的需要量。第九十页，讲稿共一百八十页哦注意代谢调节物的影响：n有些物质存在于培养基中往往能明显地促进或抑制发酵产物的形成。前体物质诱导剂阻遏物抑制剂第九十一页，讲稿共一百八十页哦注意金属离子的影响：n有些发酵对金属离子相当敏感，n因为有些金属离子是中间代谢酶的抑制剂或激活剂。n对有重大影响的金属离子必须严格控制。n柠檬酸发酵中铁、锰和锌离子都能明显影响产量，n钙离子对细菌淀粉酶的生产有促进作用，n钴离子对葡萄糖异构酶的发酵是必需的。第九十二页，讲稿共一百八十页哦2.有利于减减少少培培养养基基原原料料的的单单耗耗，即提高单位营养物质所合成产物数量或最大产率。3.有利于提提高高培培养养基基和产产物物的的浓浓度度，以提高单位容积发酵罐的生产能力。4.有利于提高产物的